Gymnasieelever gjorde examensarbete om vågkraft i Chalmers marina labb

Idén om att göra ett examensarbete kring vågkraft föddes när eleverna Ludwig Fahl, Albert Olofsson och Ylva Lorentzon började fundera över vad de ville arbeta med under sitt sista läsår på Aranäsgymnasiet. Tidigt bestämde de sig för att välja en fråga som rörde energi och klimat.

Genom sin handledare fick de kontakt med Jonas Ringsberg, professor och avdelningschef för Marin teknik. Det gav dem möjlighet att genomföra sin studie i högskolans marinteknologiska laboratorium (MTL) med stöd av forskarna Per Mottram Hogström och Martin Schreuder, och att koppla studien till en pågående forskningsmiljö. I MTL finns en vågsimulator och avancerad mätutrustning som eleverna fick möjlighet att använda.

– Vi hade idéer om vad vi ville undersöka, men vi visste inte vad som var tekniskt möjligt, säger Ylva Lorentzon. Vi möttes lite på mitten – vi kom med våra frågor och de hjälpte oss att göra dem genomförbara. Vi fick bra stöd och kunde forma ett upplägg som gick att testa på riktigt.

Fokus på tre parametrar

Deras projekt handlade om att undersöka hur tre faktorer i en modell av ett vågkraftssystem – massan hos bojen, samt frekvensen och amplituden (höjden) på vågen – påverkar den genererade effekten och verkningsgraden.

Under en dag av experiment i MTL placerade de en boj i laboratoriets vågtank. Genom att sedan systematiskt variera de tre parametrarna kunde eleverna se vilka av faktorerna som hade störst betydelse och påverkan, samt vilka kombinationer av de tre som var mest gynnsamma.

– Bojen var fäst med ett ankare på bottnen i tanken så att den inte skulle glida i väg, och den hade en motion capture-punkt på sig så att kamerorna i vattentanken skulle kunna mäta dess rörelsen, säger Albert Olofsson.

Alla resultat och inställningar dokumenterades, på film och i Excel.

– Vi filmade från vårt perspektiv och pratade parallellt in vilka värden vi använde, så att vi kunde gå tillbaka i efterhand och titta, säger Ylva Lorentzon.

Gjorde egen Python-lösning

Efter experimentdagen och insamlandet av data i MTL återgick eleverna till skolbänkarna med sina resultat för att analysera dem.

Längs vägen stötte de på en hel del utmaningar. En av de första, och största, var att avgränsa arbetet. Vågkraft är ett brett område, med en teoribildning som snabbt kan bli avancerad och med formler som ligger långt över gymnasienivå.

– Det skapade en del svårigheter för oss i början, när vi inte hade kommunicerat med forskarna så mycket, säger Ludwig Fahl. Det tog ett tag för oss att verkligen pricka in vad vi skulle kunna och vad som var det viktiga för just vårt arbete.

En praktisk utmaning uppstod när de skulle hantera mätdatan. Deras gymnasieskola hade inte tillgång till samma programvara som Chalmers har, vilket gjorde det svårt att öppna och behandla filerna.

– Vi fick programmera ett eget litet program i Python för att kunna öppna filerna, säger Albert Olofsson.

Vad som var ett hinder blev på det sättet också en del av lärandet för dem – att behöva lösa ett konkret problem med egna verktyg gjorde projektet ännu mer verklighetsnära.

Oväntat resultat

Resultaten av deras beräkningar visade att de nådde den högsta simulerade genererade effekten vid inställningen med lägst massa, högsta amplitud – men med en frekvens i mellanskiktet.

Förklaringen ligger i systemets så kallade resonansfrekvens, den frekvens där rörelsen naturligt förstärks. Genom att göra så kallade decay-tester, där bojen släpptes ner och fritt fick röra sig i vattnet tills den stannade, kunde eleverna beräkna den.

– När man ligger nära resonansfrekvensen får man störst rörelse i bojen och därmed också bäst utväxling, säger Ludwig Fahl.

Mer än ett vanligt gymnasiearbete

Meningen med gymnasiearbetet är inte att bidra med ny forskning, betonar eleverna, utan ska ses som en del av utbildningen. Men möjligheten att få arbeta i en forskningsmiljö har betytt mycket för dem.

– Vi kände från början att vi ville göra något som det faktiskt forskas på, säger Ylva Lorentzon. Detta gjorde att det kändes som att vi kunde ta vårt gymnasiearbete ett steg längre, och det var en väldigt rolig och utvecklande möjlighet för oss.

Arbetet lämnades in under våren, och avslutades med en större presentation på Kungsbacka teater inför andra elever på skolan.

Nästa station: Chalmers?

Och samarbetet med forskarna på Chalmers har gett mersmak. Alla tre funderar på tekniska studier, men inom olika områden.

– Jag brinner för matematik och är nästan helt säker på att jag vill läsa teknisk matematik, säger Ludwig Fahl.

– Jag är inte bergssäker, men någonting med fysik. Jag funderar på teknisk fysik, kanske i kombination med sjukhusfysik, säger Albert Olofsson.

Ylva Lorentzon lutar åt teknisk kemi.

– Det har varit väldigt roligt att få vara på Chalmers och se hur det fungerar, och även om vi väljer olika inriktningar känns det inspirerande att ha fått inblick i den här miljön.